پارتیکل سایز آنالایزر مایع برای بررسی توزیع اندازه ذرات
در بسیاری از آزمایشگاه ها، شناخت یک ماده تنها با تعیین میانگین اندازه ذرات کامل نمی شود. دو نمونه ممکن است میانگین مشابهی داشته باشند اما توزیع اندازه آن ها کاملاً متفاوت باشد. این تفاوت می تواند روی ویژگی هایی مانند پایداری سوسپانسیون، سرعت انحلال، رفتار جریان، پراکندگی، ته نشینی و عملکرد نهایی ماده اثر بگذارد.
پارتیکل سایز آنالایزر مایع برای اندازه گیری و تحلیل همین توزیع طراحی شده است. این تجهیز با بررسی نحوه برهم کنش نور با ذرات پراکنده شده در یک محیط مایع، اطلاعات لازم برای محاسبه توزیع اندازه ذرات را در اختیار کاربر قرار می دهد.
در این روش، آماده سازی نمونه اهمیت زیادی دارد. ذرات باید به شکلی مناسب در محیط مایع پراکنده شوند تا اندازه گیری، نماینده وضعیت واقعی نمونه باشد. به همین دلیل، سیستم گردش، هم زدن و پراکنده سازی بخشی مهم از عملکرد دستگاه محسوب می شود.
اصول عملکرد و فناوری اندازه گیری
یکی از متداول ترین روش ها برای تعیین اندازه ذرات در تجهیزات مدرن، پراش لیزری (Laser Diffraction) است. در این روش، نور به مجموعه ذرات پراکنده شده تابیده می شود و آشکارسازها شدت نور پراکنده شده را در زوایای مختلف ثبت می کنند.
الگوی پراکندگی به اندازه ذرات وابسته است. به طور کلی، ذرات بزرگ تر تمایل دارند نور را در زوایای کوچک تر و ذرات کوچک تر نور را در زوایای بزرگ تر پراکنده کنند. نرم افزار با پردازش این اطلاعات و استفاده از مدل مناسب، توزیع اندازه ذرات را محاسبه می کند.
در سیستم مورد استفاده برای این محصول، تحلیل داده ها بر اساس Mie Scattering و Fraunhofer Diffraction انجام می شود. انتخاب مدل مناسب به ویژگی های نمونه و شرایط نوری آن وابسته است و برای دستیابی به نتیجه معتبر، باید با ماهیت ماده مورد بررسی سازگار باشد.
اهمیت آماده سازی نمونه در اندازه گیری
یکی از مهم ترین نکات هنگام استفاده از پارتیکل سایز آنالایزر مایع، نحوه آماده سازی نمونه است.
ذرات موجود در یک نمونه ممکن است به یکدیگر بچسبند و آگلومره تشکیل دهند. اگر این تجمع ها در زمان اندازه گیری از یکدیگر جدا نشوند، دستگاه ممکن است مجموعه ای از ذرات را به عنوان یک ذره بزرگ تر شناسایی کند.
از طرف دیگر، پراکنده سازی بیش از اندازه نیز برای برخی مواد مناسب نیست؛ زیرا ممکن است باعث تغییر در ساختار یا شکست ذرات شود.
بنابراین هدف از آماده سازی نمونه این است که ذرات در شرایطی قرار بگیرند که تا حد امکان وضعیت واقعی مورد نظر آزمایش را نشان دهند.
در این فرآیند عواملی مانند:
- نوع محیط پراکنده کننده
- غلظت نمونه
- سرعت گردش
- زمان آماده سازی
- شدت اولتراسونیک
- تمایل نمونه به تجمع
باید متناسب با نوع ماده تنظیم شوند.
سیستم گردش و پراکنده سازی نمونه
در اندازه گیری مرطوب، یکنواخت بودن نمونه در طول فرآیند اهمیت زیادی دارد. اگر ذرات به خوبی در محیط توزیع نشده باشند، بخشی از نمونه که وارد مسیر اندازه گیری می شود ممکن است نماینده کل نمونه نباشد.
سیستم مورد استفاده در پیکربندی LA-960V2 دارای پمپ پرکننده و گردش خودکار، سنسور سطح مایع، شیر تخلیه و سیستم اولتراسونیک درون خطی است. طبق مشخصات رسمی، سرعت گردش در ۱۵ سطح قابل تنظیم است و حداکثر دبی اعلام شده برای آب حدود ۱۰ لیتر بر دقیقه است.
امکان تنظیم شرایط گردش باعث می شود کاربر بتواند شرایط مناسب تری را برای نمونه های مختلف ایجاد کند؛ زیرا همه مواد به یک شدت اختلاط یا سرعت گردش نیاز ندارند.
نقش اولتراسونیک در پراکنده سازی
در برخی نمونه ها، به خصوص مواد ریزدانه، ذرات تمایل زیادی به تشکیل تجمع دارند. در این شرایط، استفاده از انرژی اولتراسونیک می تواند به جداسازی بخشی از آگلومره ها کمک کند.
سیستم مورد بررسی به یک پروب اولتراسونیک درون خطی ۳۰ وات با فرکانس ۲۰ کیلوهرتز مجهز است و سطح اعمال انرژی قابل تنظیم است.
البته اولتراسونیک نباید به شکل یکسان برای تمام نمونه ها استفاده شود. شدت و زمان مناسب باید بر اساس رفتار ماده تعیین شود. در غیر این صورت، احتمال تغییر ساختار برخی ذرات یا ایجاد شرایطی متفاوت از وضعیت واقعی نمونه وجود دارد.
خروجی های مهم در آنالیز اندازه ذرات
خروجی اصلی دستگاه، Particle Size Distribution یا توزیع اندازه ذرات است. این توزیع می تواند به شکل نمودار و همچنین پارامترهای عددی مختلف ارائه شود.
یکی از پارامترهای رایج، D50 است که میانه توزیع را نشان می دهد. در کنار آن، D10 و D90 نیز برای توصیف بخش های مختلف توزیع مورد استفاده قرار می گیرند.
برای مثال، D90 می تواند نشان دهد که بخش عمده توزیع ذرات پایین تر از چه اندازه ای قرار دارد. بررسی همزمان D10، D50 و D90 اطلاعات بیشتری درباره گستردگی توزیع در اختیار کاربر قرار می دهد.
به همین دلیل، در کاربردهای کنترل کیفیت بهتر است نتیجه صرفاً با یک عدد مانند D50 ارزیابی نشود و نمودار کامل توزیع نیز مورد بررسی قرار گیرد.
محدوده اندازه گیری
محدوده اندازه گیری یکی از مهم ترین مشخصات هر پارتیکل سایز آنالایزر مایع است. در سیستم مورد استفاده برای این محصول، محدوده اعلام شده بسته به پیکربندی می تواند از 10 نانومتر تا 5000 میکرومتر باشد. برخی پیکربندی های اندازه گیری مرطوب محدوده ای تا حدود 3000 میکرومتر را ارائه می کنند و گزینه های مختلف نمونه برداری می توانند دامنه کاربرد را تغییر دهند.
با این حال، وسیع بودن محدوده اسمی دستگاه به تنهایی به معنای مناسب بودن آن برای هر نمونه نیست. محدوده واقعی ذرات، شکل توزیع و خواص نوری ماده باید با قابلیت دستگاه تطبیق داده شود.
برای نمونه ای که بیشتر ذرات آن در محدوده میکرومتری قرار دارند، داشتن قابلیت اندازه گیری نانو الزاماً مزیت اصلی نیست؛ در مقابل، برای نمونه های بسیار ریز، عملکرد سیستم در محدوده زیرمیکرون اهمیت بیشتری پیدا می کند.
سیستم نوری و تحلیل ذرات ریز
در سیستم مورد استفاده برای این محصول، دو منبع نوری با طول موج های متفاوت به کار گرفته شده اند: لیزر قرمز 650 نانومتر و منبع LED آبی 405 نانومتر. این طراحی به دریافت اطلاعات مناسب تر از پراکندگی نور در محدوده های مختلف اندازه ذرات کمک می کند.
استفاده از طول موج کوتاه تر برای بررسی ذرات بسیار ریز اهمیت دارد؛ زیرا الگوی پراکندگی چنین ذراتی در طول موج های مختلف می تواند اطلاعات متفاوتی ایجاد کند.
در نتیجه، طراحی اپتیکی دستگاه تنها برای افزایش محدوده اسمی اندازه گیری نیست، بلکه به کیفیت اطلاعات حاصل از پراکندگی نور نیز مربوط می شود.
حجم نمونه و محیط پراکنده کننده
مقدار نمونه مورد نیاز به اندازه ذرات، توزیع و چگالی ماده بستگی دارد. برای سیستم استاندارد، مقدار نمونه حدود 10 میلی گرم تا 5 گرم اعلام شده است. حجم محیط پراکنده کننده در سیستم پمپی استاندارد نیز حدود 180 میلی لیتر است.
برای نمونه هایی که مقدار محدودی از آن ها در دسترس است، استفاده از سیستم های سلولی با حجم کمتر می تواند اهمیت داشته باشد. طبق اطلاعات سازنده، سل های Fraction Cell در حجم های 5، 10 و 15 میلی لیتر قابل استفاده هستند.
انتخاب حجم نمونه و محیط پراکنده کننده باید بر اساس ویژگی های ماده و روش آزمون انجام شود و افزایش غلظت نمونه همیشه به معنی افزایش کیفیت نتیجه نیست.
سرعت انجام آزمون
در محیط های کنترل کیفیت، سرعت انجام اندازه گیری می تواند مستقیماً روی ظرفیت آزمایشگاه اثر بگذارد.
برای سیستم مورد استفاده، زمان معمول چرخه اندازه گیری مرطوب از پر کردن محیط پراکنده کننده و نمونه برداری تا اندازه گیری و شست وشو حدود ۶۰ ثانیه اعلام شده است.
البته این زمان یک مقدار معمول برای فرآیند تعریف شده دستگاه است و زمان واقعی کار با هر نمونه می تواند تحت تأثیر آماده سازی، نوع ماده، شرایط پراکنده سازی و مراحل شست وشو قرار گیرد.
کاربردهای پارتیکل سایز آنالایزر مایع
این تجهیز در آزمایشگاه هایی که با نمونه های پراکنده در محیط مایع سروکار دارند، می تواند در مراحل مختلف تحقیق و کنترل کیفیت استفاده شود.
صنایع دارویی
در برخی مواد دارویی و مواد اولیه، اندازه و توزیع ذرات می تواند بر رفتار انحلال، پایداری و ویژگی های فرآیندی اثر بگذارد. اندازه گیری توزیع ذرات می تواند در تحقیق و توسعه و کنترل مواد اولیه مورد استفاده قرار گیرد.
صنایع غذایی
سوسپانسیون ها و امولسیون های غذایی از نمونه هایی هستند که ویژگی اندازه ذرات در آن ها می تواند با پایداری و خصوصیات محصول ارتباط داشته باشد.
رنگ، جوهر و پوشش
اندازه و پراکندگی ذرات رنگدانه می تواند بر ویژگی های مختلف فرمولاسیون اثرگذار باشد. آنالیز توزیع ذرات برای مقایسه نمونه ها و کنترل فرآیند می تواند اطلاعات مفیدی ایجاد کند.
صنایع شیمیایی
در فرمولاسیون های شیمیایی که شامل ذرات پراکنده در محیط مایع هستند، بررسی توزیع اندازه ذرات می تواند بخشی از کنترل کیفیت یا توسعه محصول باشد.
مواد پیشرفته و باتری
در برخی مواد مورد استفاده در باتری ها و مواد پیشرفته نیز کنترل اندازه ذرات اهمیت دارد و آنالیز ذرات می تواند در بررسی مواد اولیه و توسعه فرآیند به کار رود. HORIBA نیز کاربرد این خانواده از تجهیزات را در حوزه هایی مانند باتری، مواد معدنی، مواد دارویی، رنگدانه ها و مواد نانویی معرفی کرده است.
دقت و تکرارپذیری
در یک آزمایش اندازه ذرات، نتیجه قابل اعتماد فقط به رزولوشن یا محدوده اندازه گیری وابسته نیست. آماده سازی نمونه، شرایط پراکنده سازی و پایداری سیستم نیز اهمیت دارند.
برای این سیستم، سازنده دقت حدود ±0.6 درصد را در اندازه گیری استانداردهای اندازه قابل ردیابی به NIST اعلام کرده و عملکرد آن را با توصیه های ISO 13320 درباره پارامترهایی مانند D10، D50 و D90 مرتبط کرده است.
این مقدار باید در شرایط آزمون تعریف شده و برای استانداردهای مربوط تفسیر شود و نباید آن را به عنوان تضمین یکسان برای تمام انواع نمونه ها در نظر گرفت.
نرم افزار و مدیریت روش های اندازه گیری
بخش مهم دیگری از سیستم، نرم افزار تحلیل داده است. پس از دریافت سیگنال های نوری، داده ها باید به شکل توزیع اندازه ذرات پردازش شوند و امکان ذخیره، مقایسه و گزارش نتایج وجود داشته باشد.
در این خانواده از تجهیزات، قابلیت Method Expert برای کمک به انتخاب شرایط اندازه گیری و طراحی روش های خودکار ارائه شده است. همچنین امکان ذخیره روش ها و ایجاد شرایط تکرارپذیر برای نمونه های مختلف، برای آزمایشگاه های کنترل کیفیت اهمیت دارد.
در محیط هایی که تعداد زیادی نمونه مشابه بررسی می شوند، داشتن روش های از پیش تعریف شده می تواند خطاهای ناشی از تفاوت در تنظیمات اپراتورها را کاهش دهد.
نگاهی به برند و سیستم مورد استفاده
برای این محصول از راهکارهای شرکت HORIBA در حوزه آنالیز اندازه ذرات استفاده شده است. خانواده Partica LA-960V2 یکی از سیستم های این شرکت برای اندازه گیری توزیع اندازه ذرات با روش پراش لیزری است و تمرکز آن بر پوشش محدوده وسیع اندازه ذرات و انعطاف پذیری در آماده سازی نمونه است.
در بخش اندازه گیری مرطوب، سیستم گردش نمونه، کنترل پر کردن و تخلیه و پراکنده سازی اولتراسونیک در یک فرآیند یکپارچه قرار گرفته اند. این ساختار برای آزمایشگاه هایی که با تعداد قابل توجهی نمونه مایع کار می کنند، می تواند فرآیند آماده سازی و اندازه گیری را ساده تر کند.
راهکارهای SHIMADZU برای آنالیز اندازه ذرات
SHIMADZU یکی دیگر از برندهای شناخته شده در حوزه تجهیزات آنالیز اندازه ذرات است که در سری SALD از فناوری پراش و پراکندگی لیزری برای تعیین توزیع اندازه ذرات استفاده می کند. این خانواده با پیکربندی های مختلف، امکان بررسی نمونه های مایع و در برخی مدل ها نمونه های خشک را فراهم می کند و بسته به مدل، محدوده اندازه گیری متفاوتی دارد.
در میان این محصولات، SALD-2300 برای اندازه گیری طیف گسترده ای از ذرات طراحی شده و محدوده اندازه گیری آن طبق مشخصات سازنده حدود 17 نانومتر تا 2500 میکرومتر است. این سیستم از یک لیزر نیمه هادی قرمز با طول موج 680 نانومتر و آشکارساز 84 عنصری استفاده می کند. برای اندازه گیری مرطوب نیز امکان استفاده از سامپلر گردشی، سل اندازه گیری و سیستم مخصوص نمونه های با غلظت بالا وجود دارد.
مدل SALD-7500nano نیز برای اندازه گیری ذرات بسیار ریز طراحی شده و محدوده ای در حدود 7 نانومتر تا 800 میکرومتر را پوشش می دهد. این مدل از لیزر نیمه هادی 405 نانومتری و آشکارساز 84 عنصری استفاده می کند و برای نمونه های کم حجم، نمونه های با غلظت بالا و کاربردهای مرتبط با فناوری نانو گزینه های مختلف نمونه برداری دارد.
یکی از نکات مهم در طراحی این خانواده، امکان انتخاب سیستم آماده سازی نمونه متناسب با کاربرد است. برای مدل های مختلف، گزینه هایی مانند سامپلر گردشی، Batch Cell و سیستم اندازه گیری نمونه های با غلظت بالا در نظر گرفته شده است. بنابراین هنگام انتخاب دستگاه، علاوه بر محدوده اندازه گیری، باید نوع نمونه و روش آماده سازی مورد نیاز آزمایشگاه نیز بررسی شود.
در کاربردهای تخصصی نیز این تجهیزات می توانند برای بررسی موادی مانند مواد دارویی، مواد باتری، مواد شیمیایی، ذرات ریز و نمونه های مورد استفاده در پژوهش های نانوفناوری به کار گرفته شوند. برای مثال، SHIMADZU کاربرد SALD-2300 را در بررسی توزیع اندازه ذرات مواد آند باتری های لیتیوم یون نیز ارائه کرده است.
بنابراین در انتخاب پارتیکل سایز آنالایزر مایع از این برند، مدل دستگاه، محدوده واقعی اندازه ذرات، غلظت نمونه، حجم نمونه و نوع سامپلر باید متناسب با فرآیند آزمایش انتخاب شود؛ زیرا مشخصات و امکانات تمام مدل های SALD یکسان نیست.
مشخصات فنی
| مشخصه | مقدار |
|---|---|
| روش اندازه گیری | پراکندگی Mie و پراش Fraunhofer |
| محدوده اندازه گیری | حدود 10 nm تا 5000 µm، بسته به پیکربندی |
| زمان معمول اندازه گیری مرطوب | حدود 60 ثانیه |
| مقدار نمونه | حدود 10 mg تا 5 g |
| حجم محیط پراکنده کننده استاندارد | حدود 180 mL |
| منبع نوری | لیزر 650 nm و LED 405 nm |
| اولتراسونیک | 30 W، فرکانس 20 kHz |
| حداکثر دبی گردش | حدود 10 L/min |
| سرعت های گردش | 15 سطح قابل تنظیم |
| شرایط محیطی | 15 تا 35°C، رطوبت نسبی حداکثر 85٪ بدون میعان |
| برق | AC 100–240 V، 50/60 Hz |
| ابعاد | 705 × 565 × 500 mm |
| وزن | حدود 54 kg |
مشخصات فوق مربوط به پیکربندی های اعلام شده برای LA-960V2 است و برخی پارامترها با توجه به سل، سیستم نمونه برداری و متعلقات قابل تغییر هستند.
راهنمای انتخاب و خرید
پیش از خرید پارتیکل سایز آنالایزر مایع، بهتر است مشخصات نمونه های واقعی آزمایشگاه بررسی شوند.
مهم ترین موارد عبارت اند از:
- محدوده واقعی اندازه ذرات
- سوسپانسیون یا امولسیون بودن نمونه
- غلظت مواد جامد
- تمایل ذرات به آگلومره شدن
- نوع محیط پراکنده کننده
- مقدار نمونه موجود برای هر آزمون
- تعداد نمونه های روزانه
- نیاز به اولتراسونیک
- میزان اتوماسیون مورد نیاز
- استاندارد مورد استفاده در آزمایشگاه
- امکانات نرم افزاری و گزارش دهی
همچنین اگر نمونه ها از نظر ویسکوزیته، چگالی یا رفتار پراکنده شدن تفاوت زیادی دارند، باید قابلیت های سیستم آماده سازی نمونه با این شرایط تطبیق داده شود.
در نهایت، انتخاب دستگاه بهتر است بر اساس نمونه واقعی و روش آزمون مورد نیاز انجام شود، نه صرفاً بر اساس بیشترین محدوده اندازه گیری یا تعداد امکانات.
پارتیکل سایز آنالایزر مایع در لاله تجهیز آزما
پارتیکل سایز آنالایزر مایع در لاله تجهیز آزما برای آزمایشگاه هایی ارائه می شود که نیاز به اندازه گیری توزیع اندازه ذرات در نمونه های مایع دارند.
این تجهیز با روش پراش لیزری و سیستم آماده سازی و گردش نمونه، برای کاربردهای تحقیقاتی و کنترل کیفیت در حوزه های مختلف قابل استفاده است. انتخاب پیکربندی مناسب نیز باید بر اساس نوع نمونه، محدوده اندازه ذرات و روش آماده سازی مورد نیاز انجام شود.
کارشناسان لاله تجهیز آزما می توانند بر اساس نوع نمونه و نیاز آزمایشگاه، مشخصات دستگاه را بررسی کرده و در انتخاب گزینه مناسب راهنمایی ارائه دهند.
برای دریافت مشاوره تخصصی و بررسی این محصول، با کارشناسان لاله تجهیز آزما تماس بگیرید.
جمع بندی
پارتیکل سایز آنالایزر مایع ابزاری تخصصی برای تعیین توزیع اندازه ذرات در سوسپانسیون ها، امولسیون ها و سایر نمونه های پراکنده در محیط مایع است. فناوری پراش لیزری، سیستم گردش نمونه و امکان کنترل پراکنده سازی باعث می شوند این تجهیزات برای کاربردهای متنوع تحقیقاتی و کنترل کیفیت قابل استفاده باشند.
در این محصول، محدوده اندازه گیری گسترده، سیستم اولتراسونیک، گردش قابل تنظیم نمونه و نرم افزار تحلیل داده، مجموعه ای را ایجاد می کنند که برای آزمایشگاه های با نمونه های متنوع قابل استفاده است. با این حال، کیفیت نتیجه نهایی همچنان به آماده سازی صحیح نمونه و انتخاب شرایط مناسب آزمون وابسته است.
